Pil Ömrünü Uzatacak Araştırma

Boğaziçi Üniversitesi ve MIT, iki kurumun araştırmacıları arasında iş birliği kurulmasını ve her yıl en az üç projenin finanse edilmesini öngören MISTI (Science and Technology Initatives) programı kapsamında 2018-2019 döneminde desteklenecek yeni projeler arasına, Boğaziçi Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümü öğretim üyesi olarak görev yapan Dr. Gülin Vardar’ın ‘’Cold Sintering: a Novel Solidification Technique for Solid-State Batteries’’ başlıklı araştırmasını ekledi. Gülin Vardar’ın araştırması, elektrikli araçlarda kullanılan pillerin depoladığı enerji miktarını artırmayı ve pillerin performansını güçlendirecek yeni yöntemler geliştirmeyi hedefliyor.

Türkiye’nin araştırma altyapısına katkı sağlamak ve yeni projelerin oluşmasında öncü olmak amacıyla Boğaziçi Üniversitesi ve Massachusetts Teknoloji Enstitüsü (MIT) öğretim üyeleri ve öğrencileri arasında ortak araştırma projeleri yapılması hedefiyle 2016 yılında MISTI (MIT Science and Technology Initiatives) çekirdek fonu oluşturuldu. MISTI programı kapsamında kurulan MISTI-Boğaziçi fonu, iki kurumun araştırmacıları arasında iş birliği kurulmasını ve her yıl en az üç projenin finanse edilmesini öngörüyor.

Gülin Vardar, Boğaziçi Üniversitesi’nden Makine Mühendisliği ve Fizik Bölümü’nden çift Anadal derecesiyle 2010 yılında mezun oldu. Amerika’da Michigan Üniversitesi’nde doktora çalışmalarına başladı, ayrıca bir süre doktora çalışmaları için Japonya’da bulundu. Vardar, daha sonra Amerika’ya giderek MIT’de iki yıl süreyle doktora sonrası araştırmacı olarak çalıştı. 2018 yılı Şubat ayından bu yana ise Boğaziçi Üniversitesi’nde Makine Mühendisliği Bölümü’nde Dr. öğretim üyesi olarak görev yapıyor. Sıvı elektrolitli pillerde yanma, patlama gibi risklerin olduğunu belirten Vardar, elektrikli araçlarda sıvı yerine daha güvenli olan katı elektrolitli piller kullanılması ve katı pillerin batarya ömrünün uzatılması yönünde çalışmalar yürütüyor.

Pillerin şu anda dünyada çok ilgi çeken araştırma alanlarından biri olduğunu belirten Gülin Vardar, MISTI projesi kapsamında desteklenecek projesinde MIT’den Bilge Yıldız ile ortak bir araştırma yürütüyor.

Cep telefonundan arabalara, sağlık alanından elektrikli ev araçlarına geniş bir alanda kullandığımız pillerin yüksek miktarda enerji depolayabilmeleri ve güvenli olmaları yönünde çalışan Vardar çalışmasını, ‘’Katı pillerin enerji depolama hacmi sıvı elektrolitli Li-iyon pillerin iki katı ama şarj olma hızı Li-iyon pillerin yüzde biri. Bir başka deyişle çok yavaş şarj oluyorlar. Benim çalışmalarım katı pillerin şarj olma hızını en az sıvı elektrolitli piller kadar yapabilmek üzerine’’ ifadesiyle özetliyor.

Gülin Vardar araştırmasıyla ilgili olarak, ‘’Pilin içinde katmanlar ve katmanlar arasında da arayüzler var. Eğer lityum iyonları bu arayüzlerden çabuk geçebiliyorsa pil çabuk şarj olabiliyor demektir. MIT ile yaptığım araştırmalarda gördüm ki katı arayüzlerinde büyük rezistanslar oluyor ve pil çabuk şarj olmuyor. Benim amacım yeni teknikler kullanarak arayüzlerdeki lityum geçişlerini hızlandırmak. Arayüzlerin rezistanslarının yüksek olmasının nedeni katı pillerin yüksek sıcaklıklarda işlem görmesi. İşlem sıcaklığını 300 dereceye çıkardığınızda pilin şarj olma hızı sekizde birine düşüyor. Projemde sıcaklıkları 100 derecenin altına çekecek başka bir işlem geliştirmeyi planlıyorum. Böylece pilin şarj olma hızının düşüşünün daha az olmasını hedefliyorum. Bu, “Cold Sintering” adı verilen, aslen Penn State Üniversitesi’nde oldukça yakın tarihte bulunmuş, yeni bir teknik. Şimdi de MIT’de daha önce birlikte çalıştığım Bilge Yıldız hocayla bu tekniği kullanarak projeyi devam ettirmeyi planlıyorum’’ bilgisini veriyor.

Hali hazırda kullanılan pillerde sıvı elektrolit bulunduğunu belirten Vardar, ‘’Pillerde sıvı kullanılması aynı zamanda riskler barındırıyor. Örneğin sıvı, ısınan bir ortamda çok çabuk alev alıp yanabiliyor. Biz sıvı elektrolitler yerine katı elektrolitler koymaya çalışıyoruz. Katı elektrolit sıvı elektrolit gibi yanmıyor, katı halini muhafaza edebiliyor’’ diyor.

Elektrikli arabalarda kullanılan pillerin özellikle yaz mevsiminde aşırı ısınmadan etkilenebildiğini veya herhangi bir çarpışma anında yangın riski barındırdığını belirten Vardar, bu riskleri minimize etmek üzere pillerde katı elektrolit kullanımı üzerine çalıştıklarını aktarıyor.

Gülin Vardar, pil teknolojisinde tüketicinin temel beklentisinin pilin çok enerji depolaması ve bu enerjinin hemen tükenmemesi olduğunu; ayrıca pilin çabuk şarj olması ve pilin güvenli olmasının da önemli olduğunu belirtiyor. 

Bu gereklilikleri sağlayabilen pillerin katı elektrolit piller olduğunu ifade eden Vardar, ‘’Ancak katı pillerdeki mevcut soruların başında çabuk şarj olmama sorunu geliyor. Örnek vermek gerekirse; sıvı elektrolit kullanan bir pil 1 saatte şarj olurken katı elektrolit kullanılan pil 10 saati bulabiliyor. Özellikle elektrikli arabalarda tüketiciler bu kadar uzun şarj süresini tercih etmiyor. Zira pil, elektrikli araç için maliyetin en büyük kısmı. Araba üreticileri bu nedenle kendi pillerini kendileri üretmek istiyorlar. Dünyada bugün en büyük pil üreticileri Japonya ve Çin. Örneğin, Çin 2020’de elektrikli araba satışlarının toplam araba satışlarının minimum %12 olmasını şart koştu. Pil üreticisi olmayan ülkelerin büyük kısmı ise elektrikli araçlara geçiş sürecini hibrid araçlarla (hem elektrikli hem de benzinli çalışan araçlarla) gündemlerine alıyor’’ diyerek sözlerini tamamlıyor.